基于拓撲優(yōu)化的純電動大客車車身骨架輕量化多目標優(yōu)化設計.pdf

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1、第30卷第2期2017年2月中國公路學報ChinaJ。Highw。Transp．V01．30NO．2Feb．2017文章編號：1001—7372(2017)02—0136—08基于拓撲優(yōu)化的純電動大客車車身骨架輕量化多目標優(yōu)化設計王登峰1，毛愛華1，牛妍妍1，魏建華2，師雪超(1．吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室，吉林長春130022；2．鄭州宇通客車股份有限公司，河南鄭州450061)摘要：為了在滿足性能要求的前提下有效降低純電動大客車車身骨架結(jié)構(gòu)質(zhì)量，減少客車行駛阻力，節(jié)省電耗、提高續(xù)航里程，進而提升整車的性能品質(zhì)和市場競爭力，對客車車身骨架進行了輕量化多目標優(yōu)化設計。建

2、立了某純電動大客車車身骨架結(jié)構(gòu)的有限元模型，以客車車身骨架總?cè)岫茸钚槟繕?，設計區(qū)域的體積為約束條件，設計區(qū)域各單元的相對密度作為設計變量，對車身結(jié)構(gòu)的車頂骨架、車底骨架和左右側(cè)圍骨架進行了拓撲優(yōu)化設計，并根據(jù)拓撲優(yōu)化結(jié)果提取出了大客車車身骨架的拓撲結(jié)構(gòu)。通過相對靈敏度分析，從21個設計變量中確定出13個對車身骨架性能不敏感但對減重較敏感的設計變量，然后以車身骨架質(zhì)量M最小、一階扭轉(zhuǎn)頻率F。和彎曲頻率F“最大作為目標，以彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下車身骨架結(jié)構(gòu)的靜柔度Cb和C。小于給定值作為約束條件，以相對靈敏度分析確定出的13個壁厚參數(shù)作為設計變量，用尺寸優(yōu)化方法和多目標遺傳算法(MOGA

3、)對大客車車身骨架結(jié)構(gòu)進行了輕量化優(yōu)化設計，并在4種典型工況下對優(yōu)化前后的大客車車身骨架結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)性能進行了分析對比。結(jié)果表明：所建立的純電動大客車車身骨架拓撲優(yōu)化方法、相對靈敏度分析方法與輕量化多目標優(yōu)化設計方法有效，在滿足大客車車身骨架結(jié)構(gòu)性能要求的前提下，實現(xiàn)減重303kg，減重率為11％，輕量化效果顯著。關鍵詞：汽車工程；純電動客車；多目標優(yōu)化；輕量化；拓撲優(yōu)化；相對靈敏度分析中圖分類號：U463．822文獻標志碼：ALightweightMulti‘objectiveOptimizationDesignPureElectricLargeBusBasedonTopol

4、ogyforBodyFrameofOptimizationWANGDeng—fen91，MAOAi—hual，NIUYan—yahl，WEIJian—hua2，SHIXue—cha02(1．StateKeyLaboratoryofAutomotiveSimulationandControl，JilinUniversity，Changchun130022，Jilin，China；2．ZhengzhouYutongBusCo．，Ltd．，Zhengzhou450061，Henan，China)Abstract：Inordertoreducethebodyframeweight，dec

5、reasedrivingresistance，saveelectricenergy，andimproveitsmileageofpureelectriclargebuseffectivelyonthepremiseofmeetingtheperformancerequests，topromoteperformanceofbusandmarketcompetitivenesslightweightmulti—objectiveoptimizationdesignforbusbodyframewascarriedoutbythispaper．Followingbytheestabli

6、shmentofapureelectriclargebusframefiniteelementmodel，topologyoptimizationdesignforframeoftheroof，theunderbodyandtheleftandrightsidepanelswasdone，takingtheminimumofthetotalcomplianceforbusbodyframeasobjective，thevolumeof收稿Et期：2016—04—11基金項目：汽車輕量化國家重點實驗室(籌)開放基金項目(20130301)；國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFB010

7、1601)作者簡介：王登峰(1963一)，男，吉林長春人，教授，博士研究生導師，工學博士，E—mail；caewdf@jlu．edu．CD。第2期王登峰，等：基于拓撲優(yōu)化的純電動大客車車身骨架輕量化多目標優(yōu)化設計137thedesignareaasconstraintandtherelativedensityoftheelementsinthedesignareaasdesignvariables，andthentopologystructuresofthelargebusbod